生態(tài)建筑節(jié)能技術

浙江師范大學地理與環(huán)境科學學院第十一頁生態(tài)建筑節(jié)能技術前言建筑運行能耗占我國能源總消耗的量的比例已由20世紀70年代末的10%上升到目前的26.7%，接近世界建筑能耗占能源總消費量30%的平均水平。加上運行能耗的話，建筑能耗的總量應占到社會總能好的46.7%。因此建設節(jié)約型社會，建筑節(jié)能勢在必行。作為城市規(guī)劃學生，致力于建筑的節(jié)能減排不僅是社會需要，也是最起碼的建筑素質。關鍵詞生態(tài)建筑節(jié)能減排節(jié)能技術1、生態(tài)建筑的起源人類進入工業(yè)社會后，尤其是近代以來，生產力的迅猛發(fā)展，在征服自然，改造自然的斗爭中取得了巨大的成就，但是，在取得成就的同時他也付出了極大的代價。森林的破壞和毀滅，沙漠風暴，河流地下水污染，物種消失，金華最近的天氣也是灰蒙蒙的，不能不說在享受著經濟社會迅猛發(fā)展帶來的舒適與福利的同時我們承受著怎樣的環(huán)境壓力。人應該尊重大自然，與自然交流，而不是與其展開爭奪戰(zhàn)，其與自然物種搶占地皮及有限的自然資源。生態(tài)工程（Ecologicalengineering），是20世紀60年代的美國生態(tài)學家奧德姆（H.T.Odum）提出，他認為“生態(tài)工程是人類用來控制以自然資源為能量基礎的生態(tài)系統(tǒng)所使用的少量輔助工程?！鄙鷳B(tài)工程包括的內容有：農業(yè)生態(tài)工程，生態(tài)建筑，林業(yè)生態(tài)工程，草業(yè)生態(tài)工程，環(huán)境生態(tài)工程，水土保持生態(tài)工程等。生態(tài)建筑綜合了生態(tài)學和建筑學的特征并作為生態(tài)工程的一個領域，其作為一門建筑學科從誕生至今不過40多年的時間，20世紀60年代美籍意大利建筑師保羅.索勒瑞（Paolo.soleri）把生態(tài)學（Ecology）和建筑學（Architecture）兩詞合并為Arcology，即生態(tài)建筑學。即從生態(tài)學角度來理解，生態(tài)建筑首先應具備節(jié)能的特征，并充分考慮綠色能源的使用；其次注重使用再生和可循環(huán)利用材料，注重環(huán)境保護，循環(huán)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，而且應該尊重所在地的地域環(huán)境和歷史文化，與鄉(xiāng)土有機結合，承接城市脈絡。因此生態(tài)建筑又被稱為綠色建筑，可持續(xù)建筑。1969年，美國景觀建筑師伊恩.麥克哈格（McHarg）的著作《設計結合自然》（DesignWithNature）的出版標志著生態(tài)建筑學的正式誕生。1977年12月，國際建協(xié)大會以1933年的《雅典憲章》為出發(fā)點，在秘魯簽署了另一個憲章—《馬丘比丘憲章》，總結了現(xiàn)代建筑與城市規(guī)劃建設的主要經驗和教訓。雅典衛(wèi)城反映了人們勇于探索自然，改造自然的理性主義，而馬丘比丘高山安第斯古城遺跡則表明人們對于大自然的尊重。1988年，中國建筑學家吳良鏞教授在希臘建筑師道薩迪亞斯所提出的“人類聚居學”的啟示下，吸取中國傳統(tǒng)文化及哲學的精華，融匯多方面的研究成果，創(chuàng)造性地提出“廣義建筑學”，并寫成《廣義建筑學》一書，提出以城市規(guī)劃，建筑與園林為核心，綜合工程，地理，生態(tài)等相關學科，構建“人居環(huán)境科學”體系，以建立適宜居住的人類的生活環(huán)境。1999年6月23日，在長城腳下，國際建協(xié)地二十屆大會召開，與會代表在“21世紀的建筑學”的主題下簽署了《北京憲章》。主要內容有①議題：人類與自然的和諧共生，科技與人文的同步前進；②核心：廣義建筑學，可持續(xù)發(fā)展，以城市為核心，建立建筑設計，城市規(guī)劃，園林設計三位一體的觀點；③任務：促進地區(qū)文化精神的復興，實現(xiàn)現(xiàn)代主義的地區(qū)文化和地區(qū)主義的現(xiàn)代化?！侗本椪隆肥菍Νh(huán)境保護運動的促進和地區(qū)文化的復興，同時也表明，設計界從此跨入21世紀生態(tài)設計的主流，一個尊重科學，關愛生靈，呵護情感的“生態(tài)主義”的時代已經到來外墻保溫技術是目前比較成熟的節(jié)能措施，在可能的條件下應采用外墻保溫層。從內到外依次為：基層墻體—黏結層—絕熱層—保護層—飾面層。優(yōu)點：適用范圍廣，保護主體結構，延長建筑物壽命；基本消除了冷（熱）橋的影響；有利于保持室內穩(wěn)定，改善室內熱環(huán)境質量；便于對既有建筑物的節(jié)能改造。缺點：對保溫體系材料要求嚴格；對保溫材料耐久性提出較高要求；材料配套，對體系的抗裂、防水、防火、拒水、透氣等能力要求較高；要求嚴格的施工隊和技術支持。3、夾心保溫技術在磚砌墻。砌塊或鋼筋混凝土墻體中間設置巖棉、礦物板、聚苯板、玻璃棉板或填入散裝膨脹珍珠巖等在中間，以取得良好的保溫效果優(yōu)點：絕熱材料在外墻中間，有利于較好的發(fā)揮墻體本身對外環(huán)境的防護作用；對保溫材料的要求不嚴格。缺點：易產生冷（熱）橋；內部易形成空氣流；施工相對困難；內外墻溫差是外墻結構使用壽命打折；抗震性能差。4.1.1.3常用保溫材料（性能略）模型聚苯乙烯泡沫塑料（EPS）擠塑聚苯乙烯泡沫塑料（XPS）硬質聚氨酯泡沫塑料（PUR）聚乙烯泡沫塑料（PE）酚醛泡沫塑料（PF）礦物棉制品泡沫玻璃膠粉EPS顆粒保溫漿料4.1.1.4外墻的隔熱性能維護結構的保溫不等于隔熱。保溫的措施主要是提高維護結構的傳熱系數(shù)，而隔熱的目的是盡量減少維護結構吸收的太陽輻射向室內的傳導（1）根據使用特點。根據建筑的用途來確定運用怎樣的途徑來達到最完美的隔熱效果（2）根據氣候特點。根據氣候特點、晝夜溫差、四季溫差等來確定選擇何種材料（3）建筑表面的顏色。不同顏色的材料對太陽輻射熱的吸收系數(shù)不同（4）在墻體中設置通風間層或在通風間層中設置鋁箔。4.1.2門窗節(jié)能技術建筑外門窗是維護結構中熱工性能最薄弱的部位，門窗的能耗約占建筑圍護結構總能耗的40%~50%。因此在節(jié)能設計時，應根據當?shù)氐慕ㄖ夂驐l件、功能要求，來選擇適合的門窗材料、窗型和相應的節(jié)能技術，從而取得良好的節(jié)能效果。4.1.2.1窗墻面積比大面積的開窗將導致空調采暖的高能耗，但開窗過小又不能保證日照及采光的要求，墻窗面積比的確定要兼顧保溫和太陽得熱兩方面?！豆步ㄖ?jié)能設計標準》（GB50189a—2005）規(guī)定。圖1-1不同窗墻面積比是外墻傳熱系數(shù)4.1.2.2玻璃的性能選擇合適的玻璃時應根據門窗和幕墻所在的位置確定玻璃品種，是阻隔陽光還是保溫保溫玻璃的種類中空玻璃、真空玻璃、鍍膜玻璃（吸熱玻璃和熱反射玻璃以及低輻射玻璃）、貼膜玻璃圖1-2熱反射玻璃和吸熱玻璃4.1.2.3其他措施1、遮陽措施：設計挑檐、遮陽板、遮陽棚等措施來減少夏季空調的使用2、門窗氣密性：提高窗用型材的規(guī)格尺寸、準確度、尺寸穩(wěn)定性；改進密封方法；注意各種密封材料和密封方法的配合；利用減壓槽形成渦流，減少冷風和灰塵的滲透。3、外門保溫：外門采用填充保溫材料來提高門的保溫效果。如聚苯板、玻璃棉、巖棉板、礦物板等高效保溫材料，并使用強度較高且能阻止空氣滲透的面板加以保護。4.1.3屋面節(jié)能技術屋頂位于建筑物的最頂部，直接與外界環(huán)境接觸，是建筑物最上部起覆蓋作用的構件，主要起承重作用。屋面節(jié)能的原理與墻體節(jié)能一樣，通過改善屋面層的熱工性能阻止熱量的傳遞。對于屋面設計時屋面保溫、隔熱及防水要求應符合《屋面工程技術規(guī)范》（GB50345—2004）規(guī)定，不宜相對密度較大，導熱系數(shù)較高的保溫材料，以防屋面重量、厚度過大。同時不宜使用吸水率較大的保溫材料，以防屋面潮濕作業(yè)。公共建筑應符合《公共建筑節(jié)能設計標準》（GB50189—2005）相應的規(guī)定。屋面節(jié)能技術一般包括以下幾個方面：1、傳統(tǒng)外保溫屋面：具體做法是在樓板上設置保溫材料，在保溫材料外側設置防水層和保護層。2、倒置式屋面：倒置式屋面就是“將憎水性保溫材料設置在防水層上的屋面”。與普通保溫層屋面相比，優(yōu)點主要有，構造簡化，避免浪費；防水層受到保護，避免熱應力、紫外線以及其他因素對防水層的破壞；持久性、抗?jié)裥?；檢修方便3、雙層通風屋面：雙層通風屋面是通過兩層屋面之間的空氣流動帶走太陽的輻射熱和對室內對樓板的傳熱，從而降低屋頂內表面的溫度，減低房屋的空調能耗。4、閣樓屋頂：閣樓屋頂屬于通風屋頂?shù)囊环N，不同的是閣樓屋頂?shù)目臻g高大，通風的效果會明顯優(yōu)于架空階磚的通風屋面，閣樓屋頂有良好的防雨和防曬功能，能有效改善屋面的熱工質量。5、蓄水屋頂：蓄水屋頂能有效的改善屋面的保溫隔熱性能，由于水的蓄熱和政法，可大量消耗照射在屋面的太陽能輻射熱，減少通過屋面的傳導熱，從而起到有效的隔熱作用，同時大大降低了屋面結構的平均溫度，防止屋面板由于溫度應力而產生裂縫。此外，長期處于水的養(yǎng)護之中，剛性防水層可避免因干縮而出現(xiàn)裂縫。屋面要求防水有效和耐久，否則會引起滲漏，難以修補，宜選用剛性細石混凝土防水層在柔軟性防水層上再做剛性細石混凝土防水層，以形成雙層防水6、種植屋面：屋面種植應該是生態(tài)建筑很重要的一部分，利用屋面種植的植物來阻隔太陽輻射是防止房屋過熱的一項隔熱措施。其隔熱原理是利用植被莖葉的遮陽作用，有效的降低屋外的綜合溫度，減少屋面的溫差傳熱量，并且植物有利于固化二氧化碳，釋放氧氣，凈化空氣，發(fā)揮出良好的生態(tài)功效。屋面種植使屋面與大氣隔離開，屋面內外表面溫度波動小，減少了由于溫度巨變而產生裂縫可能性，阻隔了空氣，使屋面不直接接受太陽照射，延長了各種密封材料老化時間，增加了屋面的使用壽命。屋頂綠化種類可分為：①簡單式屋頂綠化利用低矮灌木或草坪、地被植物進行屋頂綠化，不設園林小品，一般不允許非維修人員活動，建筑靜荷載應≥100KG/㎡②花園式屋頂綠化選擇小喬木低矮灌木和草坪，地被植物進行屋頂綠化配置、設置園路、座椅和園林小品，靜荷載應≥2500KG/㎡。喬木、園林、花架、山石等較重的物體應設計在建筑承重墻、柱、和梁的位置。圖1-3倒置式屋面構造層次圖1-4種植屋面防水構造屋頂植被的選擇與灌溉：屋頂對于植物生長的有利因素有：①和地面相比屋頂處光照強，光照時間長，可大大促進植物光合作用；②晝夜溫差大，有利于植物的營養(yǎng)積累；③屋頂上氣流通暢清新，污染明顯減少，受外界影響小，有利于植物的生長和保護。不利因素有：①晝夜溫差大；風力大，土層薄，植物易受干旱、凍害和日灼傷害屋頂種植構造層：種植區(qū)構造由上到下分別為植被層、基質層、隔離過濾層、排（蓄）水層、隔根層、分離滑動層組成。構造圖如下圖所示當考慮到建筑承重條件時也可以考慮苔蘚來實行綠化。4.1.4遮陽技術遮陽是通過建筑手段，運用相應的材料和構造，與日照光線成某一有利角度，遮擋通過玻璃影響室內過熱的日輻射，而不減弱采光條件和措施。好處有：①防止透過玻璃的直射陽光使室內過熱②防止建筑圍護結構過熱并造成對室內環(huán)境的熱輻射③可以防止直射陽光造成的強烈眩光遮陽方式1、從遮陽構造的形式上來分，他們大致有水平遮陽、垂直遮陽、綜合式遮陽、擋板遮陽2、根據遮陽施舍和外圍護的位置可分為內遮陽和外遮陽3、根據遮陽板的安裝和使用方法可以分為固定式遮陽和活動式遮陽4、按照遮陽調節(jié)方式又可分為手動調節(jié)光線的遮陽和自動調節(jié)光線的遮陽5、綠化遮陽4.2自然采光技術天然光是大自然賜予人類的寶貴財富，它不僅是一種清潔、安全的能源，而且是取之不盡用之不竭的。充分利用天然采光不僅可以節(jié)省大量的照明用電，還能提供更為健康、高效、自然的光環(huán)境。建筑的天然采光就是將日光引入建筑內部，精確地控制并且將其按一定的分配方式，以提供比人工光源更理想和質量更好的照明4.2.1采光設計步驟1、確定滿足功能使用要求的照度水平、性能目標2、根據天然采光的照度水平、性能目標確定建筑的位置、形狀和朝向。3、根據研究確定最有效的采光口—窗，并將其融入基本建筑形式4、根據氣候、窗戶位置和朝向確定玻璃材質，以保證最高的照明效能，根據墻壁、頂棚和地面的推薦反射系數(shù)。5、根據天穹的研究或其對太陽射線的分析，結合建筑藝術處理，確定能夠調節(jié)天然采光的建筑構件，如房檐、遮陽板或其他形式。6、施工驗收，用儀器檢測房間的照度水平，并與設計的照度水平、性能目標相對照，提出必要的改進措施，制定確保建筑天然采光特點和維持最佳性能的維護措施。4.2.2采光系統(tǒng)設計側窗采光系統(tǒng)：在房間一側或兩側開采光口，是最常用的一種采光系統(tǒng)。光線具有明確的方向性，有利于形成陰影，并可通過它看到外界的風景，擴大視野。天窗采光系統(tǒng)：天窗采光又可細分為多種，其中平天窗就是屋頂上的水平開口，是普遍采用的日光照明方式。中庭采光系統(tǒng)：中庭采光最大的貢獻在于提供了優(yōu)良的光線和射入到平面進深最深處的可能性，中庭本身則為一個天然光的收集器和分配器，新型采光系統(tǒng)：導光管，德國柏林波茲坦廣場上使用的導光管，直徑約為500mm，頂部裝有可隨日光方向自動調整角度的反光管，管體采用傳輸效率較高的棱鏡薄膜制成，可將天然光高效的傳輸?shù)降紫驴臻g，同時也成為廣場景觀的一部分，使用導管后室內效果也發(fā)生變化圖1-5導光管式陽光導入系統(tǒng)4.3綠色照明綠色照明是國際上通用的對以節(jié)約能源、節(jié)約資源、保護環(huán)境為理念的照明光源的形象說法。完整的綠色照明內涵包括高效能節(jié)能環(huán)保、安全、舒適等4項指標，不可或缺?，F(xiàn)代照明應滿足以下幾方面要求1、光源發(fā)出的光應為全色光。2、照度要足夠3、以照度穩(wěn)定，分布均勻，在工作面上不出現(xiàn)陰影為宜4、燈光五頻閃4.3.1綠色照明工程的主要措施綠色照明工程要求照明節(jié)能，這已經不完全是傳統(tǒng)意義上的節(jié)能，不能靠降低照明指標來實現(xiàn)節(jié)能，而要充分運用現(xiàn)代高科技提高照明工程的設計水平，主要通過以下幾個措施實現(xiàn)：1、充分利用自然光2、選用高效優(yōu)質照明器材3、實現(xiàn)照明控制的自動化4.3.2推進綠色照明的誤區(qū)實現(xiàn)綠色照明的宗旨是要建立優(yōu)質、高效、舒適、可靠、安全、有益環(huán)境和改善人們生活質量，體改哦工作效率，在照明設計時必須走出一下誤區(qū)1、不能極端的因為考慮節(jié)能而忽視照明設計是一門藝術。2、選擇合理照度時不能因為需要節(jié)能而刻意降低照明標準，而是要通過充分運用現(xiàn)在科技手段提高照明工程的設計水平和方法、提高照明器材的效率來實現(xiàn)對照明質量和視覺環(huán)境條件的更高要求。3、不能把推廣高效光